疏水性氣化膜在高濃制藥廢水處理中的應(yīng)用

姜曉輝

（深圳市危險廢物處理站有限公司廣東深圳518049）

1 引言

廣東某藥業(yè)公司主要生產(chǎn)注射用頭孢類抗生素、鹽酸異丙嗪、丙磺舒等化學(xué)原料藥和化學(xué)制劑，水量波動較大50-100m3/d，其特點(diǎn)是組成復(fù)雜，有機(jī)污染物種類多、濃度高，COD值高，且廢水毒性大，氨氮和含鹽量較高，可生化性差，殘留的藥品成分對微生物的強(qiáng)烈抑制作用，造成廢水處理過程復(fù)雜、成本高和效果不穩(wěn)定。

2 原有工藝問題與分析

2.1 原有工藝的問題

原來處理工藝采用化學(xué)氧化+厭氧反應(yīng)+MBR+好氧反應(yīng)+二次沉淀+砂濾器。因為原料車間廢水的COD和氨氮都很高，對微生物有強(qiáng)烈的抑制與毒害作用，采用Fenton試劑化學(xué)氧化預(yù)處理，降低COD效果比較明顯可以降低到2千左右，但是藥劑用量很大，藥劑費(fèi)高達(dá)130多元/噸，而且后續(xù)處理很難達(dá)標(biāo)。

2.2 水質(zhì)分析

表1 原水水質(zhì)分析表

根據(jù)樣品檢測結(jié)果，原料廢水含有乙酸乙酯、甲醇、乙醇、二氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、吡啶、石油醚、異丙醇等有機(jī)溶劑；還有氯化鈉、醋酸鈉、氨鹽、磷酸鹽等鹽；以及5-20mg/L的產(chǎn)品及中間

體如：多西他賽中間體、烏苯美司中間體及其降解產(chǎn)物等。

2.3 預(yù)處理方法選擇

有機(jī)溶劑中除吡啶和藥品中間體的沸點(diǎn)較高，其余的均低于水的沸點(diǎn)，各有機(jī)溶劑與水的共沸物一般低于其沸點(diǎn)，預(yù)處理擬采用蒸餾法或疏水性氣化膜，蒸餾法需要加熱要考慮安全問題。因而選擇采用疏水性氣化膜將有機(jī)溶劑氣化抽出工藝上簡單可行，同時也可降低COD和氨氮。

3 現(xiàn)場試驗設(shè)備與參數(shù)

3.1 膜的選擇

我們的用途是分離廢水中的有機(jī)物，對其選擇性只要求強(qiáng)疏水性[1]，選擇杭州某膜業(yè)的XY-C系列疏水性聚丙烯中空纖維膜，它具有致密表皮層，水分子很難透過，而氣體分子容易透過，膜工作原理見圖一。膜技術(shù)指標(biāo)為，膜內(nèi)徑：400～500μm；膜壁厚：40～100μm；膜孔徑：0.1～0.2μm；孔隙率：40～50%。外形尺寸 φ160×1110mm，單支膜面積35m2，膜通量3m3/h。

3.2 現(xiàn)場試驗流程

在實地試驗，在原有工藝上只增加一套模組件，流程圖見圖二，防止堵塞膜，進(jìn)膜要求濁度NTU≤10：原水SS低，直接經(jīng)5微米預(yù)過濾進(jìn)膜組件。膜垂直放置水下入上出，廢水走殼程，真空泵通過轉(zhuǎn)換接頭連接管程。膜后側(cè)采用水環(huán)式真空泵抽吸。經(jīng)過真空泵抽出的有機(jī)氣體經(jīng)過間壁冷凝（將冷凝管直接浸泡在原有廢水的生化池中）存儲在緩沖罐底部。

圖1 膜工作原理圖

圖2 膜組件流程圖

4 結(jié)果與討論

4.1 現(xiàn)場試驗結(jié)果

試驗表明單純通過中空纖維膜對COD和氨氮去除率在55-65%和45-70%，隨著進(jìn)水濃度去除率會略有提升。因為化學(xué)氧化只能把氨氮變成硝態(tài)氮，去除總氮沒有效果，采用了膜組件+Fenton法與單純Fenton法對比其COD去除效果。

試驗表明過膜后添加1.50%（與廢水的質(zhì)量百分比）左右的Fenton繼續(xù)氧化，COD去除率為90%，單純Fenton法要達(dá)到同等效果需要添加6.5%左右的試劑，而且由于濃度高反應(yīng)劇烈，放熱過快容易溶液沖出反應(yīng)槽。因此采用疏水性氣化膜預(yù)處理后再輔以Fenton法可大大降低化學(xué)藥劑成本。

4.2 膜的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)的確定

4.2.1 壓力

氣化膜推動力主要是壓力差，中間纖維膜壁厚很薄不能耐外壓，進(jìn)水壓力須小于0.1MPa，壓力差依靠真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，當(dāng)然是負(fù)壓越大越好。但產(chǎn)品說明可達(dá)真空極限4kPa（絕對壓），實際工作時10kPa，再串聯(lián)1級真空泵可增加真空度但投入上不合算。

4.2.2 溫度

因為廢水中氨氮和許多有機(jī)物升溫都會加速其揮發(fā)的，因此通過提高料液溫度理論上會提高其去除率[2]，試驗采用電加熱將料液預(yù)熱到相應(yīng)溫度試驗結(jié)果見圖1。

圖3 溫度對COD及氨氮去除率的影響

圖4 膜通量對COD及氨氮去除率的影響

由圖可知，進(jìn)膜溫度提升對氨氮的去除率效果一般，對COD去除率效果較大。但是溫度高會造成膜的老化加快，原料車間廢水排放出來溫度為50-60℃左右，因此我們優(yōu)化溫度就為50-60℃。

4.2.3 膜通量

試驗采用調(diào)節(jié)進(jìn)水流量控制膜通量，選取1.0-3.0 m3/h區(qū)間進(jìn)行試驗，結(jié)果見圖2。結(jié)果表明隨著膜通量的減少，COD和氨氮去除率有穩(wěn)步提升但小于1.5以后效果不明顯，且減少通量需增加氣化膜數(shù)量，優(yōu)化膜通量就為1.5 m3/h。

4.2.4 串聯(lián)級數(shù)

兩級膜組件比單級氨氮和COD去除率均有5-13%提升，3級膜組件比兩級的提升不明顯，主要是過程中有溫度下降。處理過程中氨和有機(jī)物氣化需要相變熱，靠廢水的顯熱來供給，因此氣化過程中溫度有下降，從而導(dǎo)致滲透通量的下降。如果采用級間加熱維持溫度需要熱源，因此串聯(lián)級數(shù)以2級為宜。

5 結(jié)論與展望

5.1 氣化膜預(yù)處理化學(xué)制藥廢水最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)，真空度10kPa，溫度50-60℃，膜通量 1.5 m3/h時，兩級膜組件COD和氨氮效果可達(dá)70%和65%。

5.2 試驗中在處理前事先用上一次氣化冷凝的溶劑預(yù)先浸潤中空纖維膜的管程，發(fā)現(xiàn)氣化膜的效果有明顯提升。

5.3 采用疏水性中空纖維氣化膜預(yù)處理在組分易氣化高濃度廢水具有較大優(yōu)勢，如果增大膜過程中的傳質(zhì)系數(shù)[3]，增加氣液界面的傳質(zhì)推動力，改進(jìn)膜的化學(xué)穩(wěn)定性，將在廢水中去除COD和氨氮方面有良好的應(yīng)用前景。

[1].呂曉龍.聚偏氟乙烯中空纖維疏水膜及其初步應(yīng)用[J];化工環(huán)保;2008年05期

[2].張慧峰,王國強(qiáng),張淑芬等;溫度對氣態(tài)膜過程傳質(zhì)性能影響[J];水處理技術(shù);2007年01期

[3].張秀芝,王靜,張雨山等;氣態(tài)膜吸收法脫除水中氨的傳質(zhì)效果《化工進(jìn)展》2011年02期